新型高授时精度时码终端系统设计

　　0　引言

　　靶场间仪器组IRIG ( Inter-Range InstrumentationGroup)是美国靶场司令委员会RCC (Range Com-mandersCouncil)的下属机构,由其所制定的IRIG标准,已成为国际上的通用标准。IRIG六种串行时间码格式中,应用最为广泛的是IRIG-B格式时间码(简称B码),时码终端系统用于解调B码信息,同时产生同步于标准时间信号的各种频率的脉冲信号,以保证测量设备之间可以做到时间上的同步[1]。

　　随着靶场对测量装备的精度要求越来越高,各种测量装备对时间同步精度要求也越来越高,利用GPS系统提供的精确时间作为时码终端的频率基准进行GPS授时,可以有效地提高系统的授时精度。通过利用GPS输出秒信号的长期稳定性对温补晶振进行驯服,结合系统采用的温补晶振短期稳定性好的优势,采用平滑滤波技术,有效地消除GPS秒信号或B码解码秒脉冲的瞬时抖动,可以提高系统精度和稳定度。

　　1　时码终端系统

　　1. 1　B码接口终端

　　B码接口终端接收B码信号,产生与标准时间信号同步的脉冲信号和时间信号,有交流码和直流码两种形式,按使用场合和技术要求分为4类(I、II、III、IV型),现通常使用的类型为IV型,其特点是:具有对输入的B(AC)码进行误码判别能力,可以远离时统设备,主要用于光学、雷达及遥测等测量设备中。基本组成如图1所示。

　　1.2　系统硬件组成

　　针对IV型B码接口终端,综合布局和可靠性考虑,采用自顶向下的设计方法,系统功能划分为相对独立的功能单元,主要由完成AC码、DC码与GPS信息的接收与回送的输入输出接口单元;完成GPS与IRIG-B码解调的解码控制单元,以及检测单元等组成。原理框图如图2所示。

　　MSP430单片机作为控制单元核心器件[2],其采用了TI公司最新的低功耗技术,工作电压在1. 8~3. 6V,具有非常高的集成度,单片集成了多通道12位的A/D转换、片内USART、看门狗定时器、片内数控振荡器(DCO)、大量的I/O端口以及大容量的片内存储器。MSP430的12位A/D转换模块完全符合交流码解调的要求,且MSP430单片机的指令执行周期是150 ns,能编制出高效率的源程序,处理好时序关系。在MSP-430单片机的捕获/比较模块中,在捕获方式下,当满足捕获条件时,硬件自动将计数器中的数据写入该存储器中。直流码的解调就是用测量脉冲宽度的方法,因此可以在程序中定义上升沿和下降沿都捕获,在上升沿时,捕获一个定时器数据,这个数据在捕获寄存器中读出;再等待下降沿的到来,在下降沿时又捕获一个定时器数据,那么两次差就是脉冲的宽度,从而将直流码解出。

　　Altera公司的Cyclone系列现场可编程门阵列基于1.5V、0. 13μm全铜层SRAM工艺,其密度增加至20 060个逻辑单元(LE),RAM增加至288 kB。它具有生成时钟的锁相环以及DDR SDR和快速RAM(FCRAM)存储器所需的专用数据率(DDR)接口等。支持多种I/O标准,包括640Mb/s的LVDS,以及频率为33MHz和66MHz、数据宽度为32位和64位的PCI协议。属于Cyclone系列的EP1C3T144I7具有锁相环(PLL)能实现时钟的倍频,使内部工作的时钟频率比外部时钟更高,时钟延迟和时钟偏移最小[3-4]。在交流码的回送设计中,在EP1C3T144I7中设计一RAM,在开电初始化过程中由MSP430将2 k个数据存储到RAM内,替代了原EEPROM,减少了器件数量,简化了硬件电路的设计。